過節(jié)嘛,給大家說兩本搞笑的書,輕松輕松。 蘭道爾·門羅的暢銷書。這本書的副標(biāo)題是:那些古怪而又令人憂心的問題。如何思考一些不切實(shí)際的問題,并且通過思想實(shí)驗(yàn)設(shè)想將會發(fā)生什么——蘭道爾通過這種奇怪的思路來闡釋一些物理、化學(xué)和數(shù)學(xué)知識。吸引我的是標(biāo)題,跑步的時(shí)候在立交橋下的書攤上看到這玩,讓我想起當(dāng)年學(xué)過的一首歌:what if God is one of us? 美國就是這么搞笑——美國國家海洋和大氣管理局——也就是我們的中央氣象臺,反復(fù)被多次問到一個(gè)問題:如果在臺風(fēng)眼里引爆一顆核彈,會發(fā)生什么事?海洋和大氣管理局實(shí)在無法忍受這么多反復(fù)提問,于是官方回復(fù)了這個(gè)問題(原文只有英文,敝人翻譯如下):每年的颶風(fēng)季節(jié),我們都會被問到這個(gè)問題,為什么不用核武器摧毀熱帶風(fēng)暴。我們認(rèn)為,不考慮核爆是否真能摧毀風(fēng)暴,你們顯然忽略了核爆引發(fā)的核輻射可能會被風(fēng)暴擴(kuò)大而引發(fā)更大范圍的環(huán)境災(zāi)難。不用說,這肯定不是一個(gè)好主意——Needless to say, this is not a good idea。 挺好玩的吧?講了一大堆神奇的事情,當(dāng)然,都相當(dāng)于思想實(shí)驗(yàn)。 比如,地球突然間停止自轉(zhuǎn)會怎樣? 赤道相對于地軸的運(yùn)行速度是每秒470米,也就是每小時(shí)1700公里!因此,如果突然停止轉(zhuǎn)動(dòng),那么地表的空氣相對于地面,就會形成一股時(shí)速高達(dá)1700公里的強(qiáng)風(fēng)。這股強(qiáng)風(fēng)足以摧毀地表一切現(xiàn)有建筑。至少要到緯度60度以上,才可能有真正的安全。同時(shí),因?yàn)橥V棺赞D(zhuǎn),白天和黑夜變成了半年周期,地表不斷地被加熱,尤其是海水,將會形成巨量的蒸發(fā)和強(qiáng)烈的對流,一種新的天氣現(xiàn)象形成——霧、雨、冰雹和雪同時(shí)進(jìn)行。海洋生物幾乎都將死亡。另一邊的夜里則不斷降溫。最終,人類都滅亡。 大年二十九的地鐵站,也很有科幻懸疑感 比如,棒球場上的投球手在投擲棒球的一瞬間,棒球速度達(dá)到0.9倍光速,會出現(xiàn)什么情況? 棒球達(dá)到0.9倍光速,因?yàn)樗俣葮O快,周圍所有的一切包括空氣分子原子都來不及避讓,所謂流體力學(xué)已經(jīng)不起作用。所有的空氣分子都被棒球向前推擠,強(qiáng)大的擠壓能量導(dǎo)致原子產(chǎn)生核聚變,形成等離子云團(tuán),這個(gè)云團(tuán)可以吞噬其周圍的一切,所遇到之物全部解體。棒球本身也將受到強(qiáng)大壓力而逐步解體,解體的分子又激發(fā)一輪新的核聚變。擊球手或接球手也沒時(shí)間反應(yīng),因?yàn)樗麄冊诳吹酵肚虻囊凰?,棒球就已?jīng)到了面前,他們也將隨之被分解掉。這些都將發(fā)生在投球后的第一個(gè)毫秒以內(nèi)。如果在相當(dāng)遠(yuǎn)的地方看這一情境,就是看到一股強(qiáng)光出現(xiàn),然后是劇烈爆炸,蘑菇云,方圓兩公里范圍內(nèi),一切都將被夷為平地。 比如,如果把一堆核廢料——乏燃料放到儲藏罐里,然后把儲藏罐放到游泳池底,叫你去游泳,會發(fā)生什么? 其實(shí),與我們想象的都會不一樣——水是一種非常強(qiáng)悍的輻射吸收物質(zhì),強(qiáng)烈的核輻射在水下的衰減度極高。事實(shí)是,只要你不接近儲物罐三米范圍,就不會有多大事。甚至于,你漂浮在水面上,此時(shí)所受到的輻射,比之你平常走在大街上受到的輻射都要小?!@就是為啥游泳好處多的原因之一,在水中比在任何地方受到的輻射都要小很多。 比如,在如何從地球上用光把月亮的另一面也照亮這個(gè)問題的解答中,提到了最強(qiáng)悍的兩個(gè)激光系統(tǒng)——波音YAL-1激光器,這是美國國防部研制的用于擊毀來襲導(dǎo)彈的激光武器,它發(fā)出的激光可以做到讓人肉眼看清月球的另一面。但,這需要消耗的能量是5拍瓦,也就是5×1015瓦,相當(dāng)于全世界同時(shí)耗電量的2倍。如果把這個(gè)激光器布滿亞洲的面積,需要50億臺激光器,發(fā)出的激光可以把月球表面風(fēng)化掉。同時(shí),這2分鐘內(nèi),可以消耗掉地球上所有的原油儲備。這還只是第二強(qiáng)悍的激光武器,第一位的是美國國家點(diǎn)火裝置中的約束激光束,可以產(chǎn)生500太瓦的激光,也就是500×1012瓦,把這個(gè)激光器讓大家人手一套,對著月亮發(fā)射,會發(fā)生什么?激光會把大氣層變成等離子體,然后點(diǎn)燃整個(gè)地球,全人類瞬間滅亡。如果沒有大氣層,激光打到月亮上,月亮?xí)?/span>4000倍太陽的亮度反射回地球,瞬間把地球上的海水蒸發(fā)掉,還是全人類滅亡。當(dāng)然,激光會擊穿月球,把巖石都變成等離子體,這樣噴射出來的物質(zhì)可以形成巨大推動(dòng)力,把月球推離地球——這是一種正在研究中的動(dòng)力——激光燒蝕動(dòng)力。所以,作者建議,還是不要用激光照月亮的好。 比如,元素周期墻問題——能不能把元素周期表上的元素都制成磚頭,然后壘起來,會出現(xiàn)什么情況? 其實(shí),單憑我們個(gè)人,大概能搞到元素周期表中的80種——其中有30種如鐵銅鋁之類的,可以在超市里就買到,另外有40種可以通過拆解一些元器件得到——如各種探測器啊,CPU啊里面有少量的一些稀有金屬。當(dāng)然,如果我們不怕死,也不怕被抓的話,也還是能弄到90種的。 想象一下元素周期表——有七橫排,前兩排還好,能堆起來——當(dāng)然要在很好的保護(hù)之下;第三排的元素能讓我們燒起來——鈉鎂磷硫;第四排的元素會揮發(fā)毒煙毒死我們——鍺砷鈧等;第五排不僅會燒我們,毒我們,還會讓我們受點(diǎn)輻射——锝銣鍶銦;第六排元素會劇烈爆炸,強(qiáng)烈放射性——砹銫錸鉿等;第七排都是一些超鈾元素,它們存在時(shí)間不會超過1秒,就全都瞬間衰變,然后產(chǎn)生核爆,能把我們都變成等離子體。 人類蒸發(fā)之后的樣子也不過如此吧 比如,如果地球上全部人口集中到一個(gè)地方,然后一起跳起來,會發(fā)生什么? 答案是,什么也不會發(fā)生,因?yàn)榈厍蛸|(zhì)量是50億人口質(zhì)量的10萬億倍以上,所以不會有任何影響。但是,當(dāng)50億人都擠在一個(gè)地方,作者用的是羅德島,正好差不多大家都站下,跳完之后,很多人想回家的話,就是一個(gè)巨大的災(zāi)難。因?yàn)?,?dòng)用全北美的運(yùn)輸系統(tǒng)和工具,也沒有辦法在一年之內(nèi)把50億人疏散。疏散這么多人,要?jiǎng)佑玫哪茉匆策h(yuǎn)遠(yuǎn)超過南北美兩大洲能提供的量。所以,大家著急,開始騷亂,很快就會因?yàn)槲幕驼Z言不通,產(chǎn)生各種暴力事件,按照心理學(xué)、社會學(xué)和道德倫理學(xué)的研究成果,不出三周,就會有幾億人死于非命。 所以,還是不要大家集中到一起去跳跳高的好。 比如,人類突然消失之后,能支撐到最后的光源是什么? 最快熄滅的,當(dāng)然是各種火力發(fā)電,沒人管了,肯定就最先停工。接著應(yīng)該是地?zé)岚l(fā)電廠,雖然地?zé)峥梢砸恢惫┙o,但仍然需要人維護(hù)齒輪運(yùn)轉(zhuǎn),一般每半年就至少要加潤滑油,所以,地?zé)犭姀S也就能撐上2年左右吧。水力發(fā)電站,如果沒有人維護(hù),可能會因?yàn)槿胨虺鏊诙氯[,估計(jì)能維持2-3年。風(fēng)力發(fā)電機(jī)是目前沒有人工維護(hù)可以運(yùn)轉(zhuǎn)最久的發(fā)電機(jī)——最長可以到11年,一般也不會超過3-4年。電池支撐的光呢?最多可以堅(jiān)持二十年。有一個(gè)例外——牛津大學(xué)克拉倫登實(shí)驗(yàn)室里有一個(gè)電池驅(qū)動(dòng)的電子鐘,自1840年——鴉片戰(zhàn)爭那一年以來,一直在運(yùn)轉(zhuǎn)。至今沒有人知道那是一塊什么樣的電池,也沒有人拆開來看過。不過,這個(gè)鐘里沒有燈,所以不算。 核電站呢?其實(shí)它可能比常規(guī)發(fā)電站更容易停擺——其設(shè)計(jì)思想就是任何一個(gè)部件發(fā)生問題,即刻停擺。所以,可能堅(jiān)持最久的,是邊遠(yuǎn)區(qū)域的太陽能燈——嚴(yán)格意義上的人造燈光。當(dāng)然,考慮到一些核廢料,如銫之類的,發(fā)出的藍(lán)光可以持續(xù)3-400年。 比如,用機(jī)槍向下射擊能否推動(dòng)我們起飛。 當(dāng)然可以,其原理與火箭是一樣的,推重比只要大于1,就可以推動(dòng)任何物體離地。所謂推力=噴射物體質(zhì)量效率×噴射速度,作者計(jì)算了一下AK47,一把5千克的AK向下連續(xù)射擊,可以產(chǎn)生6千克的推力——毫無疑問可以推動(dòng)自己起飛。如果要把人推動(dòng)的話,當(dāng)然就需要更多的機(jī)槍。比較可怕的是GAU-8多管機(jī)關(guān)炮,1秒內(nèi)可以射出60發(fā)0.5千克的炮彈,產(chǎn)生的后坐力或者說推力是5噸!即便是雷電攻擊機(jī)的引擎也只能產(chǎn)生4噸的推力!如果把GAU-8安到汽車上,向后開火,可以在3秒內(nèi)讓汽車達(dá)到110公里的時(shí)速。 當(dāng)然,常規(guī)火力上,你要不提俄羅斯就不算了解火力。俄羅斯的格里亞澤夫-西普諾夫GSh-6-30加特林機(jī)關(guān)炮的重量,只有GAU的一半,但射速更高,測算它的推重比可達(dá)40,可以把人以近40倍重力加速推離地面。 比如,如果我的打印機(jī)可以打出真美元,那會產(chǎn)生什么影響? 全世界流通中的100美元紙鈔有約78億張,一張100美元的鈔票使用時(shí)間大概是90個(gè)月左右,所以,每年美國政府還要印制出10億張以上100美元大鈔。即便我們的打印機(jī)可以每分鐘打印一張A4紙,每張上能有4張美元大鈔,連續(xù)打印一年,也只能印出2億美元來。這2億美元對于全球而言,幾乎沒有什么影響。 比如,要多高的高度,才會讓一塊牛排掉到地面上來剛好熟了? 答案是,不會熟,掉下來是一塊外表燒焦的冰凍牛排。我們所理解的飛船回歸地球時(shí),會發(fā)熱,并不是因?yàn)閭髡f中的空氣摩擦,而是飛船的速度擠壓了它前部的空氣,空氣受到擠壓而升溫。所以,速度依然是關(guān)鍵。直接掉下來的話,那種速度產(chǎn)生的溫度,很快就被高空寒冷的環(huán)境消散掉了。具體而言,曾經(jīng)有運(yùn)動(dòng)員從離地39公里高度跳下,到30公里高度時(shí),就達(dá)到了音速。但是這個(gè)時(shí)候空氣溫度為零下40℃——這是一個(gè)神奇的溫度,因?yàn)樵谶@個(gè)溫度下,零下40℃等于零下40℉。而牛排因?yàn)橘|(zhì)量小,空氣阻力總會阻止它下落的加速,8盎司的牛排終極速度為每秒30米。如果是從70公里高度落下,會有1分鐘左右被加熱到100℃,但那還不夠讓牛排熟,到100公里高度落下,大概會有1分鐘超過2倍音速,牛排頂多是外表被烤焦一點(diǎn)。到250公里高度落下,牛排能夠達(dá)到6倍音速,但還只是外表烤焦一點(diǎn),內(nèi)部不會熟。 比如,星球大戰(zhàn)里尤達(dá)大師的原力的輸出功率有多大? 這個(gè)測算有點(diǎn)像考證,即從電影和劇本里找到相應(yīng)可能的數(shù)據(jù),比如,唯一展示過尤達(dá)大師原力力量的情節(jié),是尤達(dá)大師把盧克的X戰(zhàn)機(jī)從沼澤里憑空拉了出來。提升一個(gè)物體的能量,等于物體質(zhì)量乘以重力加速度,再乘以提升的高度。E=FS=mgS。X戰(zhàn)機(jī)比F22戰(zhàn)機(jī)小一點(diǎn),F22戰(zhàn)機(jī)同等比例縮小大概是5.6噸。根據(jù)電影情節(jié),大概提升了1.4米,加上時(shí)間用了3.6秒,所以得出功率為19.2千瓦。這個(gè)功率不小了,相當(dāng)于25馬力,也就是一部smart的動(dòng)力。那么西斯大帝的輸出功率有多大?他用閃電擊中了盧克,同等的閃電規(guī)模,在特斯拉線圈上實(shí)現(xiàn)的話,需要10千瓦的功率。確實(shí)表明,尤達(dá)大師和西斯大帝能力相當(dāng),不分伯仲。 比如,能否把全人類送上太空。 把一個(gè)65公斤的人送上太空,需要耗費(fèi)的最低能量是40億焦耳,也就是1兆瓦時(shí),也就是90千克汽油能量。乘以70億人口,就是8拍瓦時(shí),相當(dāng)于全球年能耗的5%??雌饋磉€可以,但關(guān)鍵是運(yùn)載方式——比如用火箭,因?yàn)檫€有燃料自重,1噸重的火箭,大概需要20-50噸燃料,所以,把全部人類送上太空,可能需要百萬億噸燃料,這就成了個(gè)大問題。 比如,人扔?xùn)|西能扔多遠(yuǎn)。 其實(shí),投擲這個(gè)動(dòng)作雖然看起來很簡單,但是,整個(gè)哺乳動(dòng)物,乃至整個(gè)動(dòng)物大類中,還只有人能做到準(zhǔn)確投擲,并且能扔得很遠(yuǎn)。想想,是吧?大猩猩會扔石頭,扔大便,但既沒有準(zhǔn)頭,也沒有距離。想想投球手的動(dòng)作,他必須在0.5毫秒以內(nèi)決定什么時(shí)候松手,使棒球朝他想去的地方飛過去。而神經(jīng)脈沖信號通過手臂的時(shí)間是5毫秒,也就是說,松手的決定,在手臂還在揮動(dòng)過程中,就已經(jīng)從大腦發(fā)出并傳遞到手腕位置了。這種精確配合,就相當(dāng)于你從10層樓往下扔鼓錘,還能跟上地面上的鼓點(diǎn)節(jié)奏一樣。 目前的世界紀(jì)錄投球手,投出的球有170公里的時(shí)速,如果是向上投,那么棒球可以達(dá)到14只長頸鹿那樣的高度——70米高。要測試人究竟能投多遠(yuǎn),關(guān)鍵是要找到合適的投擲物——目前來看,高爾夫球不錯(cuò)——一個(gè)標(biāo)槍運(yùn)動(dòng)員通過助跑,把高爾夫球扔到了155米遠(yuǎn)的地方。 比如,為什么飛船在返回大氣層時(shí),不使用反推火箭,以降低速度,防止過熱呢?這樣就可以不用加防熱層了。 答案很簡單,燃料很重的。實(shí)際上,把人或者飛船送上太空并不難,也就100公里高。呆在北京,與海的距離就超過了離太空的距離。關(guān)鍵是要維持那個(gè)高度不掉下來,太費(fèi)能量——因?yàn)槟惚仨氁宰銐蚩斓乃俣壤@地球飛行——實(shí)際上就是所謂逃逸速度,每秒8公里。也就是說,飛船、衛(wèi)星和空間站,大部分能量都用于側(cè)推飛行,以維持高度不被地球引力拉下來。每秒8公里是個(gè)很快的速度——比子彈快12倍。衛(wèi)星、飛船、空間站其實(shí)一直都在向地面墜落,只不過因?yàn)樗鼈兯俣忍?,剛下墜一點(diǎn),地面就因?yàn)榍蛎婊⌒蔚木壒剩蛛x它們遠(yuǎn)去一點(diǎn),所以看起來就是它們在繞地球飛,而不是落下來。 所以,燃料本身就很重了,維持速度就很難,你還要求人家?guī)Ц嗟娜剂?,來做反推火箭?dòng)力,實(shí)在是得不償失,還不如讓飛船一頭栽進(jìn)大氣層得了,把防護(hù)層做好就是。 比如,你認(rèn)為是互聯(lián)網(wǎng)傳輸速度快,還是聯(lián)邦快遞運(yùn)輸速度快? 這個(gè)問題很有意思。一般都會認(rèn)為,當(dāng)然互聯(lián)網(wǎng)傳輸速度快一些。但如果換個(gè)角度——從傳輸?shù)男畔⒘縼砜矗伎乒竟烙?jì)當(dāng)前全球互聯(lián)網(wǎng)的總信息流量為每秒167TB。聯(lián)邦快遞在全球擁有654架飛機(jī),每天可運(yùn)輸1.2噸貨物,一個(gè)1TB的硬盤重量是78克,說明聯(lián)邦快遞每天可以運(yùn)輸150EB的數(shù)據(jù)量,也就是每秒可運(yùn)輸14PB,是互聯(lián)網(wǎng)傳輸量的100倍。如果換成SD卡,那還可以增加聯(lián)邦快遞的信息運(yùn)輸量。 比如,用樂高搭建從紐約到倫敦的大橋,要多少塊? 一般而言,紐約到倫敦的距離差不多是7億個(gè)樂高單體長度,如果按兩層搭建,大約需要3.5億塊樂高。全球累計(jì)已生產(chǎn)樂高積木4000億塊,其中,2×4點(diǎn)的積木大概有50-100億塊,確實(shí)足夠搭建這座橋了。別小看樂高的強(qiáng)度,如果把2×2點(diǎn)的積木壘起來,要壘上25萬塊,才能把最下面那塊壓爛。建設(shè)方案也有,不過最主要是造價(jià),按照現(xiàn)有樂高的生產(chǎn)成本,完成這個(gè)大橋需要投入5萬億美元。 這些離奇的想法,可能在很多持有傳統(tǒng)價(jià)值觀的人看來,就是瞎操心。其實(shí),也就是通過解析這些離奇想法,可以看到很多規(guī)律和模式的實(shí)際應(yīng)用過程。也挺有意思。 |
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